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美國Fairchild仙童無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用
仙童無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量廉價微型傳感器節(jié)點組成，并通過無線通信方式形成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)性、抗毀性、易部署性和低成本，使得它在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、智能家居、軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。 路由是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

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隨著物聯(lián)網(wǎng)的概念的不斷發(fā)展，結(jié)合行業(yè)應(yīng)用特性的無線傳感器研究項目近年來也在不斷發(fā)展。鐵路低功耗無線傳感器的研究，主要的目的是適應(yīng)鐵路行業(yè)無線監(jiān)控需求。鐵路沿線應(yīng)用無線監(jiān)控技術(shù)，相比于其傳統(tǒng)的有線監(jiān)控方式，一方面可以降低線路施工和維護成本；另一方面也通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的“密集監(jiān)控”特性，保證了線路的安全穩(wěn)定運行。文章首先分析了鐵路應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的行業(yè)背景和行業(yè)應(yīng)用特點。而后，對無線傳感器組網(wǎng)技術(shù)，特別是其中的定位技術(shù)展開了深入的探討。進而，提出了關(guān)于鐵路行業(yè)無線傳感器組網(wǎng)的相應(yīng)解決方案。在解決方案的設(shè)計上，自主研發(fā)了一套適用于“線型”、“高工作密度”下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并完成了系統(tǒng)的軟硬件和協(xié)議棧的設(shè)計。在硬件設(shè)計過程中，對無線傳感器射頻參數(shù)的設(shè)計過程進行了展開分析，介紹了射頻參數(shù)設(shè)計和仿真的一些經(jīng)驗。在定位測距方面，對基于接收信號場強強度的鐵路軌道沿線測距定位模型的設(shè)計過程，進行了著重的闡述。
傳統(tǒng)的WSN路由協(xié)議都是基于節(jié)點靜止的情況。然而，近年來，包含移動節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸得到了廣泛應(yīng)用。靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議如果直接運用到移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，存在維護代價高及傳輸可靠性降低等問題。因此，傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議已不能適用于節(jié)點移動的場景。針對該問題，本文針對節(jié)點移動的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計了一種基于移動性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議（Mobility-based ClusterRouting Protocol for Wireless Sensor Network，MCR），該協(xié)議包含一個基于移動性的簇頭選舉算法（Mobility based Cluster-head Election Algorithm, MCE）和一個自適應(yīng)LEACH-算法（Adaptive LEACH- Algorithm, ALM）。 研究的主要工作包括： 1、詳細論述移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)，并介紹了目前常用的路由技術(shù)。同時，分析了這些技術(shù)的特點及其局限性。然后重點介紹了幾種基于節(jié)點移動的路由算法。 2、介紹了無線網(wǎng)絡(luò)中常用的幾種移動模型，并對不同數(shù)量、速度、方向、趨勢的節(jié)點移動場景進行了分析。確定了本文中研究場景所對應(yīng)的節(jié)點移動模型。 3、本文分析了移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由的主要問題，即節(jié)點移動導(dǎo)致的路徑破損，提出一種自適應(yīng)的LEACH-M算法（Adaptive LEACH-Algorithm, ALM），以實現(xiàn)高效率的路由維護與重建，保證路由算法的健壯性。 4、為解決簇頭的可能移動導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降的問題，本文引入移動性度量，提出一種基于移動性的簇頭選舉算法（Mobility based Cluster-head ElectionAlgorithm, MCE），保證簇頭選擇兼顧能量和移動性因素。它的主要思想是，簇頭盡可能的在移動性zui小的節(jié)點中選擇或是相對移動性zui小的節(jié)點中選擇。 5、對新協(xié)議進行仿真實驗，驗證其性能，實驗結(jié)果表明MCR協(xié)議能夠有效提高在移動環(huán)境下的吞吐量。

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zui后，針對協(xié)議本身及無線傳感器節(jié)點的硬件設(shè)計，進行了測試，并對測試結(jié)果做出分析，提出了改進的想法。項目實現(xiàn)了開題時所規(guī)劃制定的研發(fā)規(guī)格要求，在吸納傳統(tǒng)無線傳感器設(shè)計思路的基礎(chǔ)上，提出了具有自身行業(yè)應(yīng)用特點的自組網(wǎng)解決方案。達到了低成本、低功耗、高可靠性的設(shè)計初衷。在鐵路沿線的無線傳感器定位方面，提出了較高適用性的散射補償模型。另外，通過靈活的協(xié)議機制。